DE818961C

DE818961C - Separation of mixtures in gaseous form

Info

Publication number: DE818961C
Application number: DEB10534A
Authority: DE
Inventors: Neville Wyn Roberts; Paul Maurice Schuftan
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1939-03-24
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1951-10-29

Description

Trennung von Gemischen in Gasform Vorliegende Erfindung betrifft die Trennung von Gemischen in Gasform. Der Ausdruck Gemische in Gasform soll besagen: Gemische von Dämpfen oder von Gasen oder Gemische von Dämpfen und Gasen, wobei die Gemische aus gegenseitig löslichen Bestandteilen oder Gruppen von gegenseitig löslichen Bestandteilen mit verschiedenen Siedepunkten bestehen. Erfindungsgemäß wird die Trennung der wie vorher definierten Gemische in Gasform durch Rektifikation bewerkstelligt und geht folgendermaßen vor sich. Das Gemisch passiert einen vorgekühlten Regenerator, dessen Temperatur so gehalten ist, daß zu Beginn der Passage des Gemisches durch den Regenerator praktisch alle höher siedenden Bestandteile zusammen mit einem wesentlichen Teil der niedriger siedenden Bestandteile auf der Oberfläche des Füllkörpers kondensiert werden; das Durchleiten des gasförmigen Gemisches durch den Regenerator wird nun so lange fortgesetzt, bis die niedrig siedenden Bestandteile als Folge der Temperaturzunahme und des dadurch bedingten Rektifikationseffektes in der Hauptsache wieder verdampfen und den Regenerator verlassen, wonach die höher siedenden Bestandteile, die selektiv auf dem Füllkörper zurückgehalten worden sind, zur Verdampfung kommen.Separation of Mixtures in Gaseous Form The present invention relates to Separation of mixtures in gaseous form. The expression mixtures in gaseous form should mean: Mixtures of vapors or of gases or mixtures of vapors and gases, the Mixtures of mutually soluble components or groups of mutually soluble Components with different boiling points exist. According to the invention, the Separation of the mixtures as previously defined in gaseous form accomplished by rectification and does the following. The mixture passes through a pre-cooled regenerator, whose temperature is kept so that at the beginning of the passage of the mixture through the regenerator has practically all of the higher boiling components along with an essential one Part of the lower boiling components condenses on the surface of the packing will; the passage of the gaseous mixture through the regenerator is now continued until the low-boiling components as a result of the temperature increase and the resulting rectification effect mainly evaporate again and leave the regenerator, after which the higher boiling components that selectively have been retained on the packing, come to evaporation.

Während des weiteren Durchleitens des Gemisches steigt die Temperatur des Füllkörpers stetig an, wodurch einige der bereits vorhandenen Kondensate wieder verdampfen, wobei die Kondensate angereichert und an höher siedenden Bestandteilen gesättigt werden. Wird dabei eine noch kältere Zone des Füllkörpers erreicht, in welcher der Anteil an Kondensat von niedriger siedenden Bestandteilen größer ist, so ist durch die weitere Kondensation von höher siedenden Bestandteilen des Gemisches eine entsprechende Verdampfung von niedriger siedenden Bestandteilen bedingt. Auf diese Weise werden aus dem Flüssigkeitsfilm des Füllkörpers während der Aufwärmperiode die niedriger siedenden Beständteile in steigendem Maße wiederverdampft und durch kondensierende Bestandteile von höherem Siedepunkt ersetzt. Das Ausmaß der Wiederverdampfung der niedriger siedenden Bestandteile ist durch die Gleichgewichtsbedingungen zwischen Dampf und Flüssigkeit in Abhängigkeit von Temperatur und Druck am Ende der Aufwärmperiode bestimmt.As the mixture continues to pass through, the temperature rises of the filler body increases steadily, which causes some of the already existing condensates to be restored evaporate, whereby the condensates are enriched and in higher-boiling components become saturated. If an even colder zone of the packing is reached, in which proportion of condensate from lower-boiling components is greater, so is due to the further condensation of higher boiling points Components of the mixture a corresponding evaporation of lower boiling components conditional. In this way, from the liquid film of the packing during During the warm-up period, the lower-boiling components are increasingly re-evaporated and replaced by condensing components of higher boiling point. The extent the re-evaporation of the lower boiling components is due to the equilibrium conditions between vapor and liquid as a function of temperature and pressure at the end determined by the warm-up period.

Am Ende der Aufwärmperiode wird das Kondensat aus höher siedenden Bestandteilen in konzentrierter Form aus dem Regenerator entfernt und der Regenerator zur Aufnahme und Trennung eines weiteren Volumens des Gemisches vorgekühlt.At the end of the warm-up period, the condensate is from higher boiling points Components in concentrated form removed from the regenerator and the regenerator pre-cooled for taking up and separating another volume of the mixture.

Gemäß einer anderen Ausführungsart der Erfindung können die höher siedenden Bestandteile aus dem Regenorator auch durch Wiederverdampfung bei einem niedrigeren Partialdruck als demjenigen, unter welchem sie kondensiert worden sind, entfernt werden und die Bestandteile in konzentrierter Form erhalten werden. Hierzu wird kaltes Gas durch den Regenorator geleitet, wobei die Wiederverdampfung die Folge der partiellen Kühlung des Füllkörpers ist, welche zugleich das Maß der dem Füllkörper notwendigerweise zuzuführenden Kälte darstellt. Wenn die Gewinnung höher siedender Bestandteile in hochkonzentrierter Form nicht notwendig ist, können sie abwechslungsweise direkt in das Gas wieder verdampft werden, welches zur Wiederkühlung des Regenorators dient.According to another embodiment of the invention, they can be higher boiling components from the regenerator also by re-evaporation at a lower partial pressure than that under which they were condensed, removed and the constituents obtained in concentrated form. For this cold gas is passed through the regenerator, whereby the re-evaporation takes place The result of the partial cooling of the packing, which is also the measure of the dem Represents packing material to be supplied cold. When the extraction is higher boiling components in a highly concentrated form is not necessary, they can alternately evaporated directly into the gas again, which is used for re-cooling the regenerator is used.

Die höher siedenden Bestandteile, wie sie im Regenorator anfallen, können also daraus entfernt werden, indem das Gasgemisch solange durchgeleitet wird, bis die höher siedenden Bestandteile in der Hauptsache wieder verdampft sind. In diesem Falle umfaßt die Fraktion, welche den Regenorator, nachdem die niedriger siedenden, Bestandteile wieder verdampft worden sind, verläßt, nicht nur die höher siedenden Bestandteile, sondern auch niedriger siedende Bestandteile, wie sie ständig durch das zugeführte Gas weiter ersetzt werden, während es im Anfang der Periode möglich ist, eine Fraktion von niedriger siedenden Bestandteilen zu erhalten, die praktisch nicht mit höher siedenden Bestandteilen vermischt ist. Es ist daher klar, daß auf diese Weise die höher siedenden Bestandteile nicht in der gleichen Konzentration und demselben Reinheitsgrad erhalten werden können, wie dies in der vorher beschriebenen Art der Verdampfung bei vermindertem Partialdruck möglich ist.The higher-boiling components, as they occur in the regenerator, can therefore be removed from it by passing the gas mixture through until the higher-boiling components have mostly evaporated again. In in this case includes the fraction which the regenerator after the lower simmering, constituents have been evaporated again, leaves, not just the higher ones boiling components, but also lower boiling components as they are constantly be replaced by the supplied gas while it is in the beginning of the period is possible to obtain a fraction of lower boiling components that is practically not mixed with higher boiling components. It is therefore clear that in this way the higher-boiling components are not in the same concentration and the same degree of purity as that described previously can be obtained Type of evaporation is possible at reduced partial pressure.

Das Verfahren kann also auch in solchen Fällen angewendet werden, in denen die zu trennenden höher und niedriger siedenden Bestandteile nicht in konzentrierter Form vorliegen, sondern nur in Verdünnung mit anderen niedriger siedenden Bestandteilen, von denen sie getrennt werden sollen. In solchen Fällen ist die übergeführte Masse, d. h. die Kondensation auf dem Füllkörper und die Wiederverdampfung, welche während der Rektifikation im Generator stattfindet, begleitet von einer wesentlichen Wärmeüberführung, welche die Vorkühlung und die Vorreinigung derjenigen Bestandteile bewirkt, welche auf Grund ihres niedrigen Siedepunktes an der Massenüberführung nicht teilnehmen.The procedure can also be used in such cases in which the higher and lower boiling components to be separated are not concentrated In the form, but only in dilution with other lower-boiling components, from which they are to be separated. In such cases the transferred mass is d. H. the condensation on the packing and the re-evaporation which occurs during rectification takes place in the generator, accompanied by significant heat transfer, which causes the pre-cooling and the pre-cleaning of those components which do not take part in the mass transfer due to their low boiling point.

Dies würde z. B. gelten im Falle der selektiven Gewinnung von Äthylen als niedriger siedender Bestandteil aus einer Gasmischung, die außerdem auch höher siedende Bestandteile, wie Propylen, Äthan und Kohlensäure, zusammen mit Wasserstoff, Methan usw., enthält entsprechend den Verhältnissen in Kokereigasen oder Ölraffinationsgasen. In diesem Falle sind die Regeneratoren erfindungsgemäß auf eine so tiefe Temperatur zu kühlen, daß Propylen zusammen mit einem wesentlichen Anteil von Äthan und Äthylen vollständig kondensiert wird, während praktisch keine Kondensation oder Massenüberführung der niedriger siedenden Bestandteile, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und Methan, stattfindet; diese Bestandteile beteiligen sich nur an der Wärmeüberführung. Die Aufwärmperiode wird unterbrochen, wenn die Temperatur am kalten Ende des Regenorators so weit gestiegen ist, daß Äthylen nennenswert aus dem Kondensat im Regenorator wieder verdampft und bevor nennenswerte Mengen von Propylen in dem Auslaß des Regenorators erscheinen.This would e.g. B. apply in the case of the selective extraction of ethylene as a lower-boiling component from a gas mixture, which is also higher boiling components, such as propylene, ethane and carbonic acid, together with hydrogen, Methane, etc., contains according to the proportions in coke oven gases or oil refining gases. In this case, according to the invention, the regenerators are at such a low temperature to cool that propylene along with a substantial proportion of ethane and ethylene is fully condensed, while practically no condensation or mass transfer lower boiling components such as hydrogen, carbon monoxide and methane, takes place; these components only take part in the heat transfer. the The warm-up period is interrupted when the temperature is at the cold end of the regenerator has risen so far that ethylene is appreciably extracted from the condensate in the regenerator evaporated again and before significant amounts of propylene in the outlet of the regenerator appear.

Auf diese `''eise ist es möglich, im Regenorator 'selektiv Propylen und einen beträchtlichen Anteil Äthan zurückzubehalten und fast alles Äthylen abzutrennen, da entsprechend den Gleichgewichtsbedingungen und infolge des geringen Propylengehaltes des Rohgases nur eine kleine Äthylenmenge im Regenorator zurückbehalten wird. Zu gleicher Zeit ist die Hauptmenge des Gases so weit vorgekühlt, daß in der Hauptsache alle Verunreinigungen, wie z. B. Wasserdampf und Kohlensäure, im Generator zurückbehalten werden. Aus dem gekühlten, den Regenorator verlassenden Gas kann dasÄthylen durch aufeinanderfolgende Kühlung und Rektifikation in einem hohen Reinheitsgrad gewonnen werden, worauf das äthylenfreie Gas in den Regenorator zurückgeführt wird und dort zum Wiederherabkühlen desselben und Wiederverdampfen der Kondensate, wie z. B. von Propylen, Äthan, Wasserdampf und Kohlensäure benutzt werden kann. Soll das Propylen usw. in konzentrierter Form abgetrennt werden, so kann dies, bevor das Kühlgas in den Regenorator eingeleitet wird, dadurch bewerkstelligt werden, daß man dasselbe unter einem entsprechend reduzierten Druck wieder verdampft.In this way it is possible to selectively use propylene in the regenerator and to retain a considerable proportion of ethane and to separate almost all of the ethylene, because according to the equilibrium conditions and due to the low propylene content of the raw gas only a small amount of ethylene is retained in the regenerator. to at the same time the bulk of the gas is so far pre-cooled that in the main all impurities, such as B. water vapor and carbon dioxide, retained in the generator will. The ethylene can pass through from the cooled gas leaving the regenerator successive cooling and rectification obtained with a high degree of purity whereupon the ethylene-free gas is returned to the regenerator and there to cool down the same and re-evaporate the condensates, such as. B. from Propylene, ethane, steam and carbonic acid can be used. Is that supposed to be propylene etc. are separated in concentrated form, so this can be done before the cooling gas in the regenerator is initiated, can be accomplished by doing the same evaporated again under a correspondingly reduced pressure.

Die Temperatur, auf welche die Regenoratoren gekühlt werden, muß so gewählt sein, daß während des ganzen Betriebes der flüssige, am Füllkörper zurückgehaltene Kondensatanfall ausreicht, die höher siedenden Bestandteile aus der Gasmenge, welche den Regenorator während der Aufwärmperiode passiert, zu entfernen.The temperature to which the regenerators are cooled must be like this be chosen that the liquid retained on the packing during the entire operation Sufficient condensate, the higher-boiling components from the amount of gas, which the regenerator happened during the warm-up period.

Es ist wünschenswert, daß in bezug auf die stattfindende Massenüberführung die Füllkörpermasse des Regenorators eine genügend große Wärmekapazität besitzt, um die Temperatur des Regenorators innerhalb der erforderlichen Grenzen über die ganze Zeit einer Periode zu halten.It is desirable that in view of the mass transfer that takes place the filling material of the regenerator has a sufficiently large heat capacity, to keep the temperature of the regenerator within the required limits above the hold all the time of a period.

Vorteilhafterweise besteht der Füllkörper in Anbetracht der sehr großen Oberfläche aus einer Reihe von hoch wirksamen Rektifizierschalen, in welchen der Druckverlust sehr niedrig ist.Advantageously, there is the packing in view of the very large Surface from a series of highly effective rectifying bowls, in which the pressure drop is very low.

Um die Wirksamkeit der Rektifikation zu erhöhen und um zu vermeiden, daß Reste von nicht verdampften Bestandteilen in den kälteren Zonen des Regenerators verbleiben, ist es vorteilhaft, die Gasgemische von unten nach oben durch den Regenerator strömen zu lassen.To increase the effectiveness of rectification and to avoid that residues of unevaporated constituents in the colder zones of the regenerator remain, it is advantageous to pass the gas mixtures from the bottom up through the regenerator to let flow.

Das Verfahren kann zur Trennung irgendwelcher Mischungen von Dämpfen oder Gasen oder von Dämpfen und Gasen zusammen, mit hohen und niedrigen Siedepunkten, soweit sie ineinander löslich sind, bei allen passenden Temperaturen und Drucken unter oder über Atmosphärendruck verwendet werden. So kann es zur Trennung von Wasser-Alkohol-Gemischen, soweit sie in Dampfform vorliegen, von Sauerstoff-Stickstoff-Gemischen, von Wasser-Ammoniak-Gemischen, mit oder ohne Beimengungen anderer Bestandteile usw., verwendet werden.The method can be used to separate any mixtures of vapors or gases or of vapors and gases together, with high and low boiling points, insofar as they are soluble in one another, at all suitable temperatures and pressures can be used below or above atmospheric pressure. It can be used for the separation of water-alcohol mixtures, as far as they are in vapor form, of oxygen-nitrogen mixtures, of water-ammonia mixtures, with or without admixtures of other ingredients, etc., can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the separation of mixtures in gaseous form, consisting of mixtures of vapors or of gases alone or of vapors with gases together, of mutually soluble components or groups of those with different boiling points, by rectification, characterized in that the mixtures pass through a pre-cooled regenerator, which is tempered so that in the initial stage of the passage of the gas mixture through the regenerator practically all higher-boiling components are condensed together with a considerable part of the lower-boiling components on the surface of the packing and that as the gas mixture continues to pass due to the increasing temperature of the packing and Due to the rectification effect caused by this, the lower-boiling constituents mainly evaporate again and leave the regenerator, after which the higher-boiling constituents that are selectively retained on the packing are evaporated.

2. The method according to claim i, characterized in that the higher-boiling components from the selectively retained on the packing Regenerators can be removed by causing their re-evaporation at a partial pressure which is lower than that at which they have been condensed, whereby at the same time they supply some of the cold to cool down the regenerator.

3. The method according to claim i, characterized in that the higher-boiling, selective Components retained on the packing are removed by the fact that the Mixture is passed through until the higher boiling components mainly evaporated, the gas fraction obtained in this way from that which is caused by the re-evaporation of the lower-boiling components is obtained, is to be kept separate. q ..

Applying the method according to any of the preceding claims to the case that the mixed components to be separated are diluted with other ingredients with a lower boiling point.

5. Procedure according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixture to be separated flows through the regenerator from bottom to top.